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战斗在生物信息学前沿的科学“游击战士”—— 纪念郝柏林院士

时间:2023-06-24 22:01:28

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战斗在生物信息学前沿的科学“游击战士”—— 纪念郝柏林院士

本文转载自GPB官方公众号(GPBees),已获授权

著名物理学家和生物信息学家、中国科学院院士、原理论物理研究所所长(任期:1990 - 1994)郝柏林教授于3月7日去世,享年83岁。鉴于郝教授对中国生物信息学发展的杰出贡献,又曾在−担任Genomics, Proteomics & Bioinformatics(《基因组蛋白质组与生物信息学报》;简称GPB)的编委, 编辑部决定通过在首次组织出版的生物信息学工具特辑II的封面上刊登他艺术肖像的方式来纪念这位昔日的同事和科学巨匠。更为重要的是,我们要借此机会向郝教授和他那一代杰出的科学家们致以崇高敬意。虽然他们已离我们而去,但其伟大的人格、扎实的专业素养和崇高的科学精神,必将作为英雄和楷模永驻我们心中,鼓舞着我们以及与他们从未谋面的年轻一代。

张淑誉女士(即郝夫人)在近期出版的《郝柏林——科学游击战士》一书中称郝教授为科学界的“游击战士”[1],这是因为郝教授在过去六十余年的科研生涯中(二十世纪五十年代至二十一世纪初),曾根据国家的政治经济发展需要,多次转换过自己的研究方向。他在物理学、数学、统计学和生物学等多个学科前沿从事研究,共发表同行评议的学术论文180余篇,出版相关科学著作几十本,还参与撰写了大量的书籍章节 (包括外文翻译),这些都能与他的科研兴趣紧密地结合和联系起来。在郝教授工作过的研究所及中国科学院公布的官方公告中,已经列举出了他曾经钻研过的十余个领域(/xb/gz/03/t0308_4637577.shtml)。同时,郝教授在科普教育方面也是一位孜孜不倦的战士。他曾组织并撰写过许多科普教育类书籍,及数百篇文章与博客(/u/郝柏林),涉及了他所研究过的多个科研领域,其中就包括生物信息学[1]。郝教授在生物信息学领域发表过约50篇同行评议的论文,涉及算法、软件工具以及生物信息学网站和服务器研发等多个方面。他在生物信息学研究领域中所做出的最为公认的贡献是基因组序列分析工具的研发,如“组分矢量构树”工具——CVTree,以及他对原核生物基因组所进行的深入解析[2-7](http://www./~hao/)。郝教授所有的出版物均已被完整地收录于张女士的书中[1],除了他一直到3月份还在撰写的并最终发表在本期GPB的他的最后一篇文章[8]。对于我们这些比郝教授年轻一代的人,特别是出生于二十世纪六、七十年代,以及之后的几代人而言,可能并不完全理解为什么郝教授称自己是一名游击战士。郝夫人在其书的封底是这样解释的:

“在中国摆脱封建落后和列强欺辱,走向现代化的历史过渡期,郝柏林属于始终坚持在自己的劳动岗位上,尽最大努力奋斗过的那一批人。一方面,他们已经接近在所处的历史初始条件和社会边界条件下的最好解;另一方面,个人的聪明才智也由于社会历史原因而无法全部用到科学事业上。他们的经历不应在年轻的一代人身上重复,但却应当为年轻人所知晓。”

尽管郝教授本人及其在专业上所取得的辉煌成就已被其众多亲友与学生们回顾,我仍然认为很有必要来讲述一个他鲜为人知的故事,以便使我们年轻一代的生物信息学家们了解郝教授对这一领域所做出的突出贡献、他的科研与职业准则、以及他这一代科学家所共有的崇高道德品格。

我与郝教授的初识是在1999年夏天,那时我正在组织水稻基因组测序相关工作,即后来广为人所知的“中国杂交水稻基因组计划”[9-11]。当时国际上还有六家机构正同时对另外一个水稻亚种开展基因组测序工作[12],并取得了一定的成果,可见这个领域的竞争之激烈。除了已经获得足够的原始数据外,这个项目对我们而言,仍充满诸多不确定因素。例如,究竟由谁来负责相关软件的研发,以实现基因组序列的组装、基因预测、基因组注释,以及基因表达建模?我们能及时地自主开发这些工具吗?中国科学家所开发的这些工具是否有足够的国际竞争力?最终,项目委托来自中国科学院和高校的一些资深教授共同承担了这些相关任务。其中,郝教授与他的长期合作者——中国科学院理论物理所的郑伟谋教授和苏州大学的谢惠民教授共同负责基因预测算法和工具开发;北京大学的李松岗教授负责水稻基因组序列组装算法和工具开发;中国科学院的李国英教授负责基因表达建模和工具开发。郝教授毫不犹豫地接下了这项任务。我清楚地记得和郝教授的那次谈话,在那一瞬间,出现在我的脑海中的是蜀国大将军黄忠(中国古典历史小说《三国演义》中的一位著名人物)的形象,也就是成功的信心。

这项艰巨的任务对于郝教授来说确实具有挑战性。首先,这是一个全新的研究领域,有大量陌生的文献亟待他去阅读与消化。其次,尽管当时学术界已有六个可用的相关软件包,但是这些算法要么仅适用于简单基因组的基因预测,对于复杂基因组来说效果欠佳;要么就是虽然能够针对复杂基因组进行基因预测,但并没有对外开放使用。尽管前途未卜、困难重重,这位英勇的游击战士还是满腔热情地投入了“战斗”。最重要的是在计算科学研究领域中,郝教授不仅仅是一位学有所长的资深专家,更是一名经验丰富的科研领袖。他知道应该如何组织团队和以最高效方式对项目的制高点展开突击。关于这个故事的大部分细节,在郝夫人的书中有更为详细的描述。

然而,基因预测算法的故事到这里还没有完全结束。郝教授及时地兑现了他的承诺,而这次的决策任务却落到了我的肩上。当我们将自主开发的基因预测工具与其他相应软件包比较时,发现我们的工具明显地比其他人的效果都好,可惜的是准确度的提升幅度并不是非常大[13]。此刻,我们面临着一个艰难的抉择:如果我们在水稻项目中使用自主开发的软件,就无法避免地要将其与其它软件进行详细的比较。在通常情况下,我们必须要证明他人所开发的软件在某些方面存在着一定的不足,而这些不足往往是细微之处不够精妙。因此,基于学术诚信和品格,郝教授决定先在一本专门发表生物信息学算法类的期刊上公开他的基因预测软件,以获取专业领域学者的反馈意见,而不是通过我们的使用——发表在Science(《科学》)杂志封面上的文章——来直接阐述该软件的用法[9]。这一举动体现出郝教授对中国科学家今后在更大的国际科学舞台上所能扮演重要角色的预见性。在这个舞台上,来自世界各国的科学家们彼此之间的互相尊重与友谊,要比短期的个人利益更为重要。毕竟所有科学家及其所在的国度,无论政治与宗教信仰如何,都应该积极地去推动科学与知识的共享。我至今仍然记得当我们做出决定的那一刻,郝教授是如此地镇定,脸上带着他那熟悉的微笑,他宁静的双眸如同泉水一般澄澈、深邃。尽管在项目之初,我们早已做好了最坏的打算,但在整个研究过程中,我们仍然遇到了诸多的障碍。其中一个最为致命的障碍,就是国际上最受欢迎的基因组序列组装工具的开发者决定不向中国科学家开放软件使用,而另一个基因查找软件也开始对使用者收取费用。

我们应该向这位诚实果敢、高瞻远瞩、思想开明的科学家学习,他为我们留下的宝贵遗产之一,就是他关于建设中国“国家生物医学信息中心”的美好愿景(/blog-1248-237322.html),以及他在1999年发出这项倡议之后的十年间,所参与的数轮可行性论证。这个愿景的实现将由下两代中国生物信息学家们来共同推进,希望中国的“国家生物医学信息中心”在未来的某一天获得政府的批准和资助。毕竟,我们正站在诸多像郝教授这样的科学巨匠肩上,一步一步地朝着科技更加发达的时代迈进。在将来,科学发展必将会得到全社会的高度重视,科学家以及他们对科学所做出的贡献,必将适时地得到应有的褒奖。

致谢

感谢罗静初、郑伟谋、郝炘、戚继和左光宏在文章撰写过程中所提供的建议与帮助。

参考文献

[1] 张淑誉. 郝柏林——科学游击战士. 新加坡,八方文化创作室-世界科技出版公司, ./10.1142/9789813233317.

[2] Qi J, Luo H, Hao BL.CVTree: a phylogenetic tree reconstruction toolbased on whole genomes. Nucleic Acids Res ;32:W45–7.

[3] Shen J, Zhang S, Lee HC, Hao B. SeeDNA: a visualization tool forK-string content of long DNA sequences and their randomized counterparts. GenomicsProteomics Bioinformatics ;2:192–6.

[4] Xu Z, Hao B.CVTree update:a newly designed phylogenetic study platform using composition vectors and whole genomes. Nucleic Acids Res;37:W174–8.

[5] Zuo G, Xu Z, Yu H, Hao B. Jackknife and bootstrap tests of the composition vector trees. Genomics Proteomics Bioinformatics ;8:262–7.

[6] Zuo G, Xu Z, Hao B.Shigellastrains are not clones ofEscherichiacolibut sister species in the genusEscherichia. Genomics Proteomics Bioinformatics ;11:61–5.

[7] Zuo G, Hao B.CVTree3web server for whole-genome-based andalignment-free prokaryotic phylogeny and taxonomy. Genomics Proteomics Bioinformatics ;13:321–31.

[8] Zuo G, Qi J, Hao B. Polyphyly in 16S rRNA-basedLVTreeversus monophylyin whole-genome-based CVTree. Genomics Proteomics Bioinformatics ;16:310–9.

[9] Yu J, Hu S, Wang J, Wong GK, Li S, Liu B, et al. A draft sequence ofthe rice genome (Oryza sativaL. ssp.indica). Science 2002;296:79–92.

[10] Yu J, Wang J, Lin W, Li S, Li H, Zhou J, et al. The genomes of Oryzasativa: a history of duplications. PLoS Biol ;3:e38.

[11] Wang J, Zhang J, Li R, Zheng H, Li J, Zhang Y, et al. Evolutionarytransients in the rice transcriptome. Genomics Proteomics Bioinformatics;8:211–28.

[12] Yu J, Ni P, Wong GK. Comparing the whole-genome-shotgun andmap-based sequences of the rice genome. Trends Plant Sci ;11:387–91.

[13] Li H, Liu JS, Xu Z, Jin J, Fang L, Gao L, et al. Test data sets andevaluation of gene prediction programs on the rice genome. J Comput Sci Tech;20:446–53.

本文由桑健、张源笙翻译,英文原文来源:Jun Yu. AScientistGuerilla Fighterin the Frontiers of Bioinformatics—In Memory of Bailin Hao.Genomics Proteomics Bioinformatics ,16(5):307−309。引用请参考以上格式,英文全文详见/science/article/pii/S167918304297。

图为张淑誉《郝柏林——科学游击战士》一书的封面

Genomics, Proteomics &Bioinformatics(基因组蛋白质组与生物信息学报, 简称GPB):创刊于,是由中国科学院主管,中科院北京基因组所与中国遗传学会共同主办的英文版核心期刊。目前GPB为双月刊,由Elsevier以开放获取(Open Access)的模式出版,刊载来自世界范围内组学、生物信息学及相关领域的优质稿件。连续六年获得“中国最具国际影响力学术期刊”称号(–),连续两期获得“中国科技期刊国际影响力提升计划”项目资助(–)。,在基于Scopus 数据库的CiteScore期刊影响力榜单中,位于“计算数学”、“遗传学”、“生物化学”、“分子生物学”四个学科领域Q1区;JCR报告公布的官方影响因子为6.615,位于“基因遗传学”学科领域Q1区;中国科学院文献情报中心期刊分区,位于“生物大类”学科领域Q1区;世界学术期刊学术影响力指数“遗传学与遗传性”学科领域大陆唯一的Q1期刊。

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